Los peque?os puntos rojos, las enigm¨¢ticas galaxias que ha descubierto el ¡®James Webb¡¯

?Qu¨¦ son los little red dots (peque?os puntos rojos, en ingl¨¦s), el nuevo tipo de galaxias que ha descubierto el telescopio James Webb (JWST)? Estamos ante una historia que a¨²n no ha terminado y que, de momento, ha durado un a?o. Podemos resumirla en cuatro palabras: no lo sabemos; a¨²n.

La ciencia muchas veces es enrevesada, y no solo la astrof¨ªsica que nos ocupa en Vac¨ªo c¨®smico. El adjetivo es aplicable a todos los campos de investigaci¨®n. Es normal que el avance en nuestro conocimiento no siga un camino recto y llegue a buen puerto en poco tiempo y de manera sencilla. De hecho, gran parte del trabajo que tenemos los cient¨ªficos se basa en poner palos en las ruedas de nuestro avance, buscando todo lo que podamos que pueda echar por tierra una teor¨ªa cient¨ªfica, y explorando a la vez caminos nuevos. Este objetivo cr¨ªtico (por fiscalizador y crucial) lo hacemos tan pronto como se pone encima de la mesa una teor¨ªa, y tambi¨¦n a?os despu¨¦s. Esto es exactamente lo que est¨¢ ocurriendo con los estudios que se est¨¢n publicando sobre la formaci¨®n de galaxias a lo largo de la vida del universo, en este el primer a?o de funcionamiento a pleno rendimiento del JWST.

La segunda consideraci¨®n es puramente astrof¨ªsica, de hecho, cosmol¨®gica. Cada vez que lanzamos un nuevo observatorio al espacio o ponemos en funcionamiento un nuevo telescopio en tierra, el universo nos sorprende. Siempre pensamos que ya hemos explorado una fracci¨®n tan alta de la edad del universo que debemos empezar a ver las primeras estrellas. Y es que ya conocemos galaxias que estaban ah¨ª cuando el universo ten¨ªa solo un 2% de su edad actual. Dicho de otra forma, cada vez debemos estar m¨¢s cerca de ver galaxias tan, tan lejanas que las estrellas que las componen deben tener (pr¨¢cticamente) solo hidr¨®geno y helio, los componentes que calificamos de primordiales, que estaban ah¨ª a partir del minuto cinco despu¨¦s del Big Bang, seg¨²n nuestros modelos m¨¢s avanzados. En esas primeras estrellas no ver¨ªamos elementos m¨¢s pesados que el helio, que se forman en el interior de estrellas o en explosiones de supernova. Pero somos demasiado ingenuos, y el universo continuamente nos lo recuerda.

Este es de hecho el gran resultado, sin mucha discusi¨®n en la comunidad cient¨ªfica, que ha deparado JWST en el primer a?o, en el que no esper¨¢bamos el aluvi¨®n de descubrimientos de galaxias lejanas del que hemos sido testigos. Pero de eso ya hablamos recientemente. Hoy nos ocupamos de unas galaxias ligeramente m¨¢s cercanas, que se formaron cuando el universo ten¨ªa entre un 5% y un 10% de su edad actual (a saber d¨®nde est¨¢n hoy, eso es otra historia) y que tienen unas propiedades ¨²nicas, no conoc¨ªamos antes (casi) nada igual.

En las primeras im¨¢genes tomadas por el James Web con el instrumento NIRCam aparecieron unos objetos peque?os y d¨¦biles que ning¨²n telescopio hab¨ªa detectado con anterioridad, ni siquiera el Hubble o los grandes telescopios terrestres como GTC, Keck o ALMA. Los llamamos objetos, por ahora, porque tienen un tama?o tan peque?o que a priori no podr¨ªamos saber si eran galaxias, estrellas, o algo diferente en la V¨ªa L¨¢ctea. No son extremadamente abundantes, pero s¨ª que han ido apareciendo en todos los datos que se han tomado en este primer a?o de funcionamiento del observatorio. Se denominan objetos muy rojos, no s¨®lo porque no estaban detectados en la luz ¨®ptica o infrarroja cercana que detecta el Hubble, sino tambi¨¦n porque su brillo es m¨¢s intenso cuanto m¨¢s rojo es el filtro en el que los observamos con el propio James Webb. Son peque?os y son rojos, as¨ª que los llamamos little red dots, no hemos tenido mucha imaginaci¨®n literaria los astrof¨ªsicos aqu¨ª.

La primera interpretaci¨®n que se dio de la naturaleza de estos objetos lleg¨® a la revista Nature el 25 de julio de 2022, solo dos semanas despu¨¦s de que James Webb empezara a dar datos a todos los astrof¨ªsicos del mundo. En este art¨ªculo, que no se acept¨® hasta el 31 de diciembre tras ser evaluado por ¨¢rbitros externos, se presentaron estos objetos como galaxias ultramasivas, tanto o m¨¢s que la V¨ªa L¨¢ctea, pero que ya estaban formadas cuando el universo ten¨ªa menos de 1.000 millones de a?os (un 7% de su edad actual) y eran mucho m¨¢s peque?as que nuestra galaxia, al menos 20 veces. Hubo un gran revuelo en la comunidad cient¨ªfica porque eran demasiado masivas; algunas, incluso, parec¨ªan tener m¨¢s masa de la que est¨¢ disponible para formar galaxias en cualquier lugar del universo. Es como si en una f¨¢brica de coches se construyera uno que tiene m¨¢s metal que el que cabe en toda la f¨¢brica. Se lleg¨® a hablar de que ¡°romper¨ªan la cosmolog¨ªa¡±, como si algo en nuestra visi¨®n general del universo, de lo que conocemos sobre su contenido en materia y energ¨ªa, fuera fundamentalmente err¨®neo.

A partir de ese primer art¨ªculo fueron surgiendo otros en el que se presentaron nuevas galaxias de este tipo y an¨¢lisis alternativos de los mismos datos y otros nuevos. No estaba ya tan claro que fueran galaxias muy masivas, pero las interpretaciones alternativas tampoco eran muy normales.

Tres explicaciones extraordinarias

Una opci¨®n era que la luz de estas galaxias no estuviera completamente dominada por la emisi¨®n de estrellas, como es lo habitual, sino m¨¢s bien por gas interestelar muy caliente. El gas interestelar es el presente en el espacio que hay entre estrellas (y que es much¨ªsimo, pues las estrellas ocupan un volumen ¨ªnfimo en una galaxia). En ese gas, que es poco denso, del orden de un cuatrill¨®n de veces menos denso que el de nuestra atm¨®sfera, se comprob¨® que hab¨ªa grandes cantidades de ox¨ªgeno, adem¨¢s del hidr¨®geno primordial (y helio, aunque este elemento es m¨¢s dif¨ªcil de detectar). Parte de la rojitud de esas galaxias se deb¨ªa a esa presencia de ox¨ªgeno muy caliente, tan caliente que estaba ionizado: hab¨ªa perdido dos de sus 8 electrones, arrancados de cada ¨¢tomo por la energ¨ªa que reciben. El resultado es que las galaxias no ten¨ªan que ser tan masivas como se hab¨ªa afirmado inicialmente: pod¨ªan tener menos estrellas, pero mucho gas emitiendo en longitudes de onda muy determinadas en bandas rojas. Adem¨¢s, estas galaxias parec¨ªan tener polvo interestelar, lo que las hac¨ªa a¨²n m¨¢s rojas, porque el polvo se come los fotones, preferentemente los azules.

Pero la controversia sobre los little red dots no qued¨® ah¨ª. Ahora, los nuevos datos de las ¨²ltimas semanas nos est¨¢n indicando que la emisi¨®n de, al menos algunos de estos objetos, pudiera no ser ni siquiera debida directamente a estrellas, o a estrellas que calientan ese gas rico en ox¨ªgeno ionizado, que mencionamos en el p¨¢rrafo anterior. Tanto las velocidades de esas nubes de gas caliente como la emisi¨®n en las longitudes de onda m¨¢s rojas a las que llega el James Webb, con el instrumento MIRI que directamente ve la energ¨ªa que emite el polvo (no es que lo detecte porque absorbe energ¨ªa), parecen indicar que en estos objetos pueden existir agujeros negros supermasivos. Ser¨ªan casi tan grandes (en masa) como el de la V¨ªa L¨¢ctea, rodeados de material, gas y polvo, que se calienta a altas temperaturas (a centenares de grados el polvo, a miles de grados el gas) y emite luz infrarroja. Son muy grandes y ya estaban presentes en un universo muy joven.

?Entonces qu¨¦ son los little red dots? Pues no lo sabemos. Ahora mismo tenemos tres posibilidades, quiz¨¢s haya alguna m¨¢s que no se nos ha ocurrido. Toca avanzar en paralelo en las tres v¨ªas de investigaci¨®n, intentando invalidar todas ellas. Eso es el m¨¦todo cient¨ªfico: idear una teor¨ªa o varias para explicar lo que nos rodea e intentar probar que son falsas. Si lo conseguimos, tendremos que buscar otra explicaci¨®n (o, m¨¢s a menudo, complementar la existente). Si no conseguimos invalidar la interpretaci¨®n de los datos, podremos afirmar que estamos m¨¢s cerca de la verdad. O que no hemos sido lo suficientemente listos e imaginativos; nos faltar¨ªa conocimiento, entonces, para saber c¨®mo invalidar la teor¨ªa.

En este caso, una v¨ªa llegar¨ªa a preguntarse de d¨®nde se saca tanta masa de estrellas, otra v¨ªa llegar¨ªa a preguntarse c¨®mo es posible que el ox¨ªgeno sea tan abundante y brillante, y otra de d¨®nde saldr¨ªan esos agujeros negros ya tan grandes en ese universo tan joven. En cualquier caso, se nos presentan muchas m¨¢s preguntas que respuestas: tenemos mucho trabajo por delante y muchos datos nuevos que obtener con el James Webb.

Vac¨ªo C¨®smico es una secci¨®n en la que se presenta nuestro conocimiento sobre el universo de una forma cualitativa y cuantitativa. Se pretende explicar la importancia de entender el cosmos no solo desde el punto de vista cient¨ªfico, sino tambi¨¦n filos¨®fico, social y econ¨®mico. El nombre ¡°vac¨ªo c¨®smico¡± hace referencia al hecho de que el universo es y est¨¢, en su mayor parte, vac¨ªo, con menos de un ¨¢tomo por metro c¨²bico, a pesar de que en nuestro entorno, parad¨®jicamente, hay quintillones de ¨¢tomos por metro c¨²bico, lo que invita a una reflexi¨®n sobre nuestra existencia y la presencia de vida en el universo. La secci¨®n la integran Pablo G. P¨¦rez Gonz¨¢lez, investigador del Centro de Astrobiolog¨ªa, y Eva Villaver, profesora de investigaci¨®n en el Instituto de Astrof¨ªsica de Canarias.

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